Ejercicios Tema 8: Estudio de las transformaciones químicas.

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1 Ejercicios Tema 8: Estudio de las transformaciones químicas. 1. Al calentarse el nitrato potásico se descompone dando óxido de potasio, nitrógeno y oxígeno. a) Formula y ajusta la ecuación química correspondiente al proceso descrito b) Moles de nitrato necesarios Para obtener 200 g de oxígeno c) Volumen que ocupará el nitrógeno obtenido medido a 25 ºC y 1200 torr. R.: b) 5 moles, c) 38,69L 2. Halla las cantidades de dióxido de carbono y agua que se formarán en la combustión de 4,6 g de alcohol etílico (C 2 H 5 OH). Cuántas moléculas de dióxido de carbono se habrán producido? R.: 8,8 g de CO 2 y 5,4 g de H 2 O. 1,2x10 23 moléculas de CO 2 3. Para eliminar el CO 2 producido por el cuerpo humano durante el transcurso de los viajes espaciales, se hace reaccionar este compuesto con sosa cáustica, formándose carbonato sódico y agua. Calcula la cantidad mínima de hidróxido sódico que necesitará un astronauta en un viaje de 10 días si, diariamente, genera unos 900 g de dióxido de carbono. R.:16,364 kg de NaOH 4. Si 41,38 ml de una disolución acuosa de ácido sulfúrico reaccionan completamente con 0,3545 g de Na 2 CO 3, que concentración molar presenta la disolución? R.: 0,0808M 5. LR-S04 Se hacen reaccionar 30 g de cinc metálico del 75% de pureza con ácido clorhídrico recogiendo el hidrógeno desprendido en la reacción en un recipiente sobre agua. Calcular: a) El número de litros de hidrógeno obtenidos medidos a 750 mmhg y 20 ºC b) El volumen de una disolución 5M de ácido clorhídrico necesario para hacer reaccionar todo el cinc. PvH 2 O (20 ºC)=17,54 mmhg R.: a) 8,58L de H 2, b) 137,6 ml de disolución 6. Una muestra de piedra caliza de masa 413 mg se trata con ácido oxálico para dar oxalato de calcio: CaCO 3(s) + H2C2O 4(ac) CaC2O 4(s) + CO 2(g) + H2O(l) Si se obtienen 472 mg de oxalato de calcio, cuál es la riqueza en carbonato de calcio de la piedra caliza?. R.:89,29% 7. Calcula la concentración de un ácido sulfúrico de densidad 1,725 g/cm 3 si 10 cm 3 de ese ácido se diluyen hasta 250 cm 3 y 10 cm 3 de este último ácido (el diluído) al valorarlo con potasa 0,5 M consumen 21,7 cm 3 de disolución. R.: 77,05%

2 8. Las reacciones que se producen en el "airbag" de un automóvil, descritaas por la secuencia de ecuaciones que se dan, se inician por un impulso eléctrico en una mezcla formada de tres sustancias (NaN 3, KNO 3, SiO 2 ), que libera un volumen de nitrógeno gas que llena el globo de poliamida. Calcula los gramos de azida de sodio que hay que colocar para que se liberen 70 L de nitrógeno en C.N. R.: 126,95 g 2NaN 3 2Na + 3N2 10Na + 2KNO 3 5Na2O + K2O + N2 5N O + K O + 6SiO 5Na SiO + K SiO Para calcular la cantidad de alcohol en la sangre, un método sencillo consiste en determinar el alcohol etílico o etanol en el aliento. El alcohol de la sangre se difunde a través de los pulmones y llega al aliento, siendo la proporción, aproximada, en 1 ml de sangre hay la misma cantidad de etanol que en 2100 ml de aliento. Luego determinando el etanol en el aliento se determina el de la sangre, la reacción química que se utiliza es la siguiente: alcohol color naranja 3CH CH OH + 2K Cr O + 8H SO color verdoso 3CH COOH + 2Cr (SO ) + 2K SO + 11H O Si la cantidad máxima que se puede expulsar de los pulmones es de 4600 ml y la concentración máxima permitida de alcohol en sangre es del 0,08%, (0,08 g alcohol en cada 100 ml de sangre), determina los gramos de K 2 Cr 2 O 7 que reaccionarán en el caso de en sangre existiera justo la concentración máxima permitida. R.:7,47 mg 10. El ácido fosfórico se puede preparar disolviendo óxido de fósforo (V), P 4 H 10, en agua. Cuántos gramos del óxido son necesarios para formar 1,5 L de disolución acuosa de las características siguientes? R.: 55,6952 g ρ = 1,025g / ml 5% en masa 11. En un recipiente preparado al efecto, se pesan 9,022 g de un ácido sulfúrico concentrado de densidad 1,795 g/cm 3. El ácido se mezcla con agua y se lleva a un volumen de 200 cm 3. Al valorar 25 cm 3 de esta disolución se gastan 21,3 cm 3 de hidróxido sódico 1M, factor 0,939. Calcula la molaridad y el tanto porciento de la disolución concentrada del sulfúrico. R.: 86,9%, 15,92 M

3 12. Para determinar el contenido en Ag de una moneda que contiene, además, cobre, se disuelven 1,7 g de la moneda en ácido nítrico (A): Ag(s) + 2HNO (ac) NO (g) + AgNO (ac) + H O (A) AgNO (ac) + NaCl(ac) AgCl(s) + NaNO (ac) (B) 3 3 Después Se añade NaCl disuelto para precipitar el cloruro de plata formado (B). La masa de dicho precipitado, una vez seco, es 1,8292 g, cuál es el contenido en plata de la moneda?. R.: 80,98% 13. LR-S08 A altas temperaturas, tanto el clorato potásico como el perclorato potásico se descomponen dando lugar a la formación de cloruro potásico y oxígeno en ambos casos. Se calientan 4 g de una mezcla de las dos sales, obteniéndose un residuo de cloruro de potasio de 2,36 g. a) Escriba y ajuste las reacciones de descomposición que tienen lugar b) Calcule el tanto por ciento en peso de las dos sales en la mezcla de partida. R.: b) 73,9 % del clorato potásico; 26,1% del perclorato 14. El gas acetileno (C 2 H 2 ) se prepara mediante reacción del carburo de calcio (CaC 2 ) con agua. El otro producto que se obtiene es el hidróxido de calcio. Si a partir de 64,1 g de carburo se obtienen 17,92 L de acetileno medidos a 25 ºC y 912 torr, qué rendimiento presenta la reacción? R.: 87,86% 15. CL-J06 En la combustión de 8,6 g de un hidrocarburo saturado, (C n H 2n+2 ), se producen 12,6 g de agua. De qué hidrocarburo se trata? Elija entre las siguientes soluciones (justifique la elección explicando el modo de resolver el problema): a) C 5 H 12 b) C 6 H 14 c) C 7 H 16 R.: b) C 6 H Qué masa de clorato potásico es necesaria para suministrar el oxígeno necesario para quemar 44,2 g de metano?. Nota: La descomposición térmica del clorato potásico produce cloruro potásico y oxígeno. R.: 451,4g de KClO g de fósforo, P 4, reaccionan con exceso de oxígeno para formas óxido de fósforo (V), P 4 O 10, con un rendimiento del 90%. En un segundo proceso, el óxido obtenido reacciona con agua para formar el ácido fosfórico, siendo el rendimiento de esta última reacción del 98%. a) Escribe y ajusta las dos ecuaciones químicas correspondientes a los procesos descritos. b) Qué cantidad de ácido fosfórico se obtendrá? R.: b) 1394,13g 18. a) Cuántos gramos de amoníaco se pueden formar a partir de 30 g de N 2 y 6 g de H 2?.b) Cuántos gramos quedan sin reaccionar del reactivo en exceso? R.: 34 g, b) 2 g de N 2

4 19. LR-J08 Se tienen 0,156 g de una muestra de una aleación de cinc y aluminio. El tratamiento de la misma con ácido sulfúrico conduce a la formación de los correspondientes sulfatos metálicos e hidrógeno, obteniéndose 150 ml de hidrógeno gas medidos a 27 ºC y 725 mmhg. a) Calcule la composición de la aleación de partida b) Calcule la masa de ácido sulfúrico necesaria para reaccionar con el aluminio contenido en la muestra. R.: a) 45,37% de Zn y 54,63 % de Al, b) 0,464 g de H 2 SO CL-S06 a)calcule los moles de cloruro de sodio y de ácido sulfúrico que hay en 500 g de cloruro de sodio del 71 % de riqueza y en 100 ml de ácido sulfúrico del 98 % de riqueza y densidad 1,83 g/cc. b) Qué cantidad de cloruro de hidrógeno, dado en gramos, podemos obtener si se hacen reaccionar, en caliente, los compuestos antes mencionados y en las cantidades indicadas? R.: a) 6,074 mol NaCl y 1,83 mol de H 2 SO 4, b) 133,407 g de HCl 21. CL-S07 El carburo cálcico CaC 2 es un compuesto sólido que reacciona con el agua líquida para dar el gas inflamable (acetileno) y el sólido hidróxido cálcico. Calcule: a) El volumen de gas medido en condiciones normales que se obtendrá cuando 80 g de CaC 2 reaccionan con 80 g de agua. b) La cantidad de reactivo que queda sin reaccionar. R.: a) 28 L; b) 35 g de H 2 O 22. AR-J07 En un recipiente de 1 dm 3 hay una mezcla de oxígeno e hidrógeno, sometida a una presión de 0,1 atm y a 300 K. Sabiendo que en la mezcla hay un 20% en masa de hidrógeno: a) Determine la presión parcial de cada componente en la mezcla. b) Si se hace saltar una chispa, la mezcla reacciona para dar agua en estado gas. Determine la masa de agua que se forma y la composición en porcentaje de la mezcla final. R.: a), b)0,029 g de H2O; 10% H 2 y P =0,02atm; P =0,08atm o 90% H 2 O H El fosfato diácido de calcio, Ca(H 2 PO 4 ) 2 y el carbonato ácido de sodio, NaHCO 3, son los ingredientes activos del producto empleado para esponjar el pan debido al CO 2 que generan, por reacción entre ellos, según la siguiente ecuación química: Ca(H PO ) + NaHCO CO + H O + CaHPO + Na HPO 175ºC Si la composición de dicho producto es un 30% de NaHCO 3 y un 36% de Ca(H 2 PO 4 ) 2, qué volumen ocupará el CO 2 producido, a partir de 10 g de la referida mezcla, medido a 175 ºC y 1 atm? R.: 1,13 L

5 24. El nitrato de plata se descompone térmicamente produciendo plata metálica, dióxido de nitrógeno y oxígeno. Si se obtienen 0,443 g de plata a partir de 0,784 g de nitrato de plata, cuál es el rendimiento de la reacción? R.: 88,98% 25. CVAL-J09 La urea, CO(NH 2 ) 2, es un compuesto de gran importancia industrial en la fabricación de fertilizantes. Se obtiene haciendo reaccionar amoníaco, NH 3, con dióxido de carbono, CO 2, de acuerdo con la reacción (no ajustada): NH 3 + CO 2 6CO(NH 2 ) 2 + H 2 O Calcule: a) La cantidad de urea (en gramos) que se obtendría al hacer reaccionar 30,6 gramos de amoníaco y 30,6 gramos de dióxido de carbono. b) La cantidad (en gramos) del reactivo inicialmente presente en exceso que permanece sin reaccionar una vez se ha completado la reacción anterior. R.: a)41,72 g de urea, b) 6,95 g de NH g de una muestra de mineral de hierro que contiene magnetita, Fe 3 O 4, dan lugar, mediante reducción con carbono a 2,09 g de hierro. Si el rendimiento de la reacción es del 90%, cuál es la riqueza en magnetita del mineral?. El proceso químico es: Fe 3 O 4 +C 6Fe+CO 2 R.: 5,35% 27. CL-J08 a) Qué volumen de hidrógeno (gas ideal), medido a 27 ºC y presión de 740 mmhg es posible obtener al añadir ácido clorhídrico en exceso sobre 75 g de cinc con un 7 % de impurezas inertes? b) Qué cantidad de cloruro de cinc se obtendrá? R.: a) 26,95 L, b) 145,37 g 28. La descomposición térmica de 150 g de hidrógenocarbonato de sodio da lugar a 30 g de carbonato de sodio. Cuál es el rendimiento de la reacción? R.:31,32% 2NaHCO Na CO + CO + H O CL-S08 Se dispone de una botella de un litro de disolución acuosa de ácido nítrico de composición desconocida y densidad, a 20 ºC, igual a 1,36 g/cm 3. Se toman 5 ml de la disolución de HNO 3 y se diluyen en un matraz aforado hasta un litro y la disolución resultante se valora con NaOH 0,1 M. a) Determine la concentración, en % en peso, de la disolución de HNO 3 de la botella si en la valoración de 25 cm 3 de la disolución diluida se gastan 15,7 cm 3 de NaOH. b) Determine los gramos de NaOH que hay que pesar para preparar 100 cm 3 de disolución 0,1 M y explique como procedería en su preparación y el material de laboratorio que utilizaría. R.: a) 58,18%, b) 0,4 g

6 30. LR-J09 La reacción de hierro con ácido sulfúrico concentrado conduce a la formación de sulfato de hierro (II)(s) e hidrógeno (g). Si se hacen reaccionar 5 g de hierro con 5 ml de ácido sulfúrico concentrado del 95% de riqueza en peso y 1,98 g/ml de densidad: a) Escriba ajustada la reacción que tiene lugar b) Determine cuál es el reactivo limitante y cuál es el que se encuentra en exceso c) Calcule la masa de hidrógeno que se formará y cuál será el volumen que ocupará dicho gas medido a 30 ºC y 2,5 atmósferas de presión R.: b) El Fe, limitante, H 2 SO 4, en exceso. De él sobran 0,923 g, c) 0,179 g de H 2, 0,89 L 31. Calcula el volumen de disolución de HCl concentrado de densidad 1,18 g/cm 3 y 36,23%, que ha de reaccionar con un exceso de dióxido de manganeso para producir el cloro necesario que al actuar sobre una disolución de sosa cáustica origine 5L de disolución 0,5M de hipoclorito sódico. Esto procesos están representados por las ecuaciones químicas (no ajustadas) siguientes: HCl + MnO2 Cl2 + MnCl2 + H2O Cl2 + NaOH NaCl + NaOCl + H2O R.: 852,6 cm El principal mineral de Zn es el sulfuro de cinc. El mineral se concentra por flotación y después se calienta en aire lo que transforma el sulfuro de cinc en óxido del metal: ZnS+O 2 6ZnO+SO 2 El óxido de cinc se trata con ácido sulfúrico diluído para producir sulfato de cinc disuelto en agua: ZnO+H 2 SO 4 6ZnSO 4 +H 2 O Finalmente, el cinc se obtiene por electrólisis de la disolución de sulfato de cinc: ZnSO 4 +H 2 O 6 Zn+O 2 +H 2 SO 4 Qué cantidad de cinc se obtendrá a partir de 200 kg del ZnS suponiendo que el rendimiento de flotación tiene un rendimiento del 90% y el de la electrólisis, el 95%?. R.: 114,82 kg de Zn. 33. El ácido acético, CH 3 COOH, densidad 1,05 g/cm 3, reacciona con el etanol, densidad 0,79 g/cm 3, para formar acetato de etilo, CH 3 COOCH 2 CH 3, densidad 0,9 g/cm 3 y agua. a) Escribe y ajusta la ecuación química correspondiente al proceso descrito. b) Si se ponen en contacto 20,2 ml de acético con 20,1 ml de etanol, cuál es el reactivo limitante? c) Si se forman 27,5 ml de acetato de etilo, Cuál es el rendimiento de la reacción? R.: b)el alcohol, quedando sin reaccionar 0,498 g de ácido acético, c) 80%

7 34. 0,2834 g de una mezcla de NaCl y NaI se disuelven en agua. La disolución obtenida se valora con disolución acuosa de AgNO 3, 0,1 M, gastándose 36,65 cm 3 de la misma. Calcula la composición centesimal de la mezcla. Las ecuaciones químicas correspondientes a los procesos descritos, son las siguientes: NaCl(ac) + AgNO 3(ac) NaNO 3(ac) + AgCl(s) NaI + AgNO (ac) NaNO (ac) + AgI(s) R.: 60% NaCl, 40% NaI LR-J03 Una muestra de 0,560 g que contenía bromuro de sodio y bromuro potásico se trató con nitrato de plata acuoso recuperándose todo el bromuro como 0,970 g de bromuro de plata. a) Cuál es la fracción de bromuro potásico en la muestra original? b) Qué volumen de disolución 1M de nitrato de plata es necesario preparar para precipitar todo el bromuro de la muestra? R.: a) 37,52%, b) 5,17 ml 36. Una moneda de plata, de masa 4,625 g se disuelve en HNO 3 y se lleva a un volumen de 200 cm 3, 10 cm 3 de esta disolución se valoran adecuadamente con disolución 0,1 M de NaCl, de la que se gastan 19,45 cm 3.Halla el % de plata en la moneda. Nota: El ácido nítrico con la plata produce nitrato de plata, dióxido de nitrógeno y agua. El nitrato de plata, así obtenido, reacciona con el NaCl dando lugar a un precipitado de AgCl.R.: 90,23% de Ag 37. CL-S04 Se tiene una mezcla formada por dos sólidos blancos pulverizados: clorato potásico y cloruro potásico. Cuando 60 g de esta mezcla se someten a un calentamiento intenso y prolongado, se liberan 8 g de oxígeno. Se sabe que el clorato potásico se descompone por calentamiento prolongado dando cloruro potásico (sólido) y oxígeno (gas). a) Formule la ecuación química del proceso que tiene lugar durante el calentamiento. b) Calcule el tanto por ciento del cloruro potásico en la mezcla inicial. R.: 65,96% 38. En el análisis de una muestra de sal común se pesan 3,4280 g de la sal, que se disuelven en agua, completandose el volumen a100 cm cm 3 de esta disolución, se acidulan con ácido nítrico y se precipitan con disolución de nitrato de plata. El cloruro de plata insoluble formado se separa por filtración, se lava, se seca y se pesa. Se obtienen 2,0640 g de AgCl. Calcula la pureza en cloruro sódico de la muestra de sal común. R.: 98,2 % de NaCl 39. CL-J06 Explique, razonadamente, la influencia existente entre la velocidad de reacción y los factores siguientes: a) Presencia de catalizadores. b) Variación de la concentración de los reactivos. c) Variación de la temperatura

8 40. CAT-J08 Considerando los principios de la cinética química, responda a las siguientes cuestiones: a) Sin necesidad de usar un catalizador ni de incrementar la temperatura, razone dos maneras diferentes de aumentar la velocidad de la reacción entre el carbonato de calcio sólido y el ácido clorhídrico: CaCO (s) + HCl(ac) CaCl (ac) + CO (g) + H O(l) b) La reacción irreversible en fase gaseosa A(g)+ B(g) 6 C(g) se produce en un recipiente de volumen variable. Razone el efecto que tendrá una reducción del volumen del recipiente sobre la velocidad de la reacción. 41. CAT-J09 La cinética química es la parte de la quimica que estudia la velocidad con la que tienen lugar las reacciones. a) Explique la razon por la cual la velocidad de una reaccion en fase gaseosa, llevada a cabo a volumen constante, se incrementa al aumentar la temperatura del sistema. b) Cuando se reduce el volumen del reactor donde tiene lugar la reacción irreversible X(g) + Y(g) 6 Z(g), se comprueba que aumenta la velocidad de formación de Z(g). Explique la razón de ello. c) La reacción A(g) + B(g) 6 C(g) presenta una energia de activacion de 32 kj/mol, mientras que su reaccion inversa C(g) 6 A(g) + B(g) tiene una energía de activación de 58 kj/mol. Razone si la reaccion A(g) + B(g) 6 C(g) sera exotérmica o bien no lo será. R.: c) Exotérmica 42. CAT-J10 La siguiente figura muestra el diagrama de la cinética de la reacción A 6 C. a) Razone si se trata de una reacción elemental o de una reacción que incluye etapas. Qué representa B? Qué magnitudes representan D y E? b) Es una reacción endotérmica o exotérmica? Se modificarían D y F si la reacción se produjese en p r e s e n c i a d e u n catalizador? Justifique las respuestas. R.: b) Exotérmica, D, si; F, no